Lv Guocheng ، Xu Chunchun ، Cheng Haidong
(مدرسة علوم وهندسة المواد ، جامعة بكين للتكنولوجيا الكيميائية ، بكين 100029 ، الصين)
الخلاصة: تم الحصول على العلاقة بين قابلية التآكل الاجهاد للفولاذ المقاوم للصدأ 304 وتركيز الكلورين في المحلول بتجربة الشد البطيء ، وتم تحليل شكل الكسر لعينة الشد بواسطة المسح بالمجهر الالكتروني. تم تحليل مورفولوجيا الكسر لعينة الشد عن طريق مسح المجهر الإلكتروني ، وتم الحصول على تركيز أيون الكلوريد الحرج لتآكل الإجهاد من الفولاذ المقاوم للصدأ 304. تم استخدام استخدام الجهاز المصمم ذاتيًا لتطبيق إجهاد الشد على عينة الفولاذ المقاوم للصدأ 304 ، واستخدم الاختبار الكهروكيميائي في الموقع في ظل ظروف إجهاد ثابتة لدراسة إمكانات التمزق لفيلم التخميل من الفولاذ المقاوم للصدأ 304. الفولاذ المقاوم للصدأ فيلم التخميل تمزق الجهد وتركيز أيون الكلوريد للعلاقة. تم العثور على العلاقة بين تركيز الكلور المؤدي إلى التغيير المفاجئ لإمكانية التمزق لفيلم التخميل وتركيز الكلور الحرج لتمزق التآكل الإجهادي هو نفسه مثل احتمال التمزق. تم استنتاج أن تركيز الكلور الذي يؤدي إلى إمكانية تمزق فيلم التخميل وتركيز الكلور الحرج لتمزق التآكل الإجهادي هما في الأساس متماثلان.
الكلمات الرئيسية: 304 من الفولاذ المقاوم للصدأ ؛ فيلم التخميل تآكل الإجهاد تركيز أيون الكلوريد الحرج
رقم التصنيف: TG172.6 رمز تعريف المستند: رقم المادة: 1000-6613 (2008) 08-1284-04
1 مقدمة 304 الفولاذ المقاوم للصدأ
تم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ 304 على نطاق واسع بسبب مقاومته الجيدة للتآكل. ومع ذلك ، تحت تأثير أيونات الكلوريد ، سيخضع الفولاذ المقاوم للصدأ 304 لتمزق تآكل إجهاد [1-2] ، مما يؤدي إلى تشغيل المعدات ، والفقاعات ، والتقطير ، والتسرب ، مما يؤدي غالبًا إلى عواقب وخيمة. علاوة على ذلك ، فإن المعدات في البرد علاوة على ذلك ، فإن أيونات الكلور في الوسط مثل مياه التبريد في المعدات سوف تتركز تدريجياً ، مما يزيد من تآكل المعدات. يكشف عدد كبير من أعمال البحث العلمي عن حدوث وتطور التآكل الإجهادي [4-6]. يرتبط تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ بتركيز الكلور ودرجة الحرارة وقيمة الأس الهيدروجيني والأيونات الأخرى في المحلول 7 ، عندما يصل تركيز الكلور إلى القيمة الحرجة ، يرتبط تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ بتركيز الكلور ودرجة الحرارة ودرجة الحموضة القيمة ، والأيونات الأخرى في المحلول [7]. يصل تركيز الكلور إلى قيمة حرجة ، وسيحدث الفولاذ المقاوم للصدأ 304 تمزق إجهاد تآكل ، لكن القيمة الحرجة لم تصل إلى نتيجة إجماعية [8-10] ، ولا يمكن اقتراحها لتجنب التآكل الإجهادي أو القضاء عليه تمامًا. لا يمكن اقتراح تجنب أو القضاء تمامًا على الشروط الحدودية لتآكل الإجهاد.
في ظروف معينة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، غالبًا ما يصبح تمزق فيلم التخميل الناتج عن حفر الثقوب مصدرًا للتآكل الإجهادي ، وبالتالي يؤثر هيكل وأداء فيلم التخميل على مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ. يتم تحديد مقاومة التآكل لفيلم التخميل من الفولاذ المقاوم للصدأ إلى حد كبير من خلال تمزق المعدن في وسط الفيلم. المحتملة [12]. لذلك ، فإن دراسة 304 من الفولاذ المقاوم للصدأ تمزق فيلم التخميل المحتمل Eo ، يمكن أن يعكس استقرار فيلم التخميل من الفولاذ المقاوم للصدأ ، ودراسة سلوك تآكل الإجهاد للفولاذ المقاوم للصدأ 304.
في هذا البحث ، تم الحصول على تركيز Cl الحرج لـ 304 الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الإجهادي عن طريق تجربة الشد البطيء وتحليل الكسر المقابل. تم استخدام التحليل الكهروكيميائي في الموقع تحت التشوه المستمر لدراسة سلوك التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ 304. في هذا البحث ، تم الحصول على تركيز Cl الحرج لـ 304 الفولاذ المقاوم للصدأ للتآكل الإجهادي عن طريق اختبار الشد البطيء وتحليل الكسر المقابل. تم فحص العلاقة بين إمكانات التمزق لفيلم التخميل من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 وتركيز الكلور عن طريق اختبار كهروكيميائي في الموقع تحت تشوه ثابت. تم تحليل آلية التآكل الإجهادي لـ 304 الفولاذ المقاوم للصدأ في الوسائط المحتوية على Cl.
2 الطريقة التجريبية
المادة التجريبية عبارة عن صفائح من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 ، التركيب (جزء الكتلة): Cr 17.080٪ ، Ni8.010٪ ، Mn 1.380٪ ، Si 0.490٪ ، C 0.050٪ ، S 0.001٪ ، P 0.020٪ ، الحديد المتبقي.
Si 0.490٪ ، C 0.050٪ ، S 0.001٪ ، P 0.020٪ ، والباقي Fe. تعرضت جميع العينات في هذه الدراسة لمعاملة المحلول الصلب عالي الحرارة (1050 ℃، 0.020٪).
المعالجة (1050 ℃ ، 30 دقيقة ، تبريد بالماء). تم صقل أسطح العينة بورق صنفرة مائي ، وإزالة الشحوم بالأسيتون ، وشطفها بماء منزوع الأيونات ، وتجفيفها. شطف بالماء منزوع الأيونات وجاف وقطع غيار. تم تحضير تراكيز مختلفة من محاليل كلوريد الصوديوم بالماء منزوع الأيونات وكلوريد الصوديوم النقي تحليلياً ، وتم تعديل قيمة الأس الهيدروجيني إلى 7 درجات مئوية بمحلول NaOH أو HCl. تم تعديل قيمة الأس الهيدروجيني إلى 7 ± 0.1 بمحلول NaOH أو HCl. كانت درجة حرارة الاختبار 60 ± 0.1 درجة مئوية.
2.1 طريقة معدل الإجهاد البطيء
تم إجراء اختبار الشد البطيء باستخدام عينة دمبل مع مقطع تباعد (20 مم × 3 مم × 2 مم). تم إجراء تجارب الشد البطيء للرياضي 10 كيلو نيوتن آلة اختبار التآكل الإجهادي ، معدل إجهاد الشد 2 × 10 s.
2.2 تحليل الكسر لعينة الشد البطيء
بعد كسر العينة ، قم بإزالته على الفور وحماية الكسر. تم أولاً شطف منتجات التآكل الملتصقة بالسطح بالماء منزوع الأيونات ثم تجفيفها بالنيتروجين. جاف. في المنظف بالموجات فوق الصوتية باستخدام الأسيتون لتنظيف الكسر ، يتم تجفيف النيتروجين باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح Cambridge-S250 لمراقبة مورفولوجيا الكسر. لوحظ التشكل الكسر باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح Cambridge-S250.
2.3 الاختبار الكهروكيميائي في الموقع عند إجهاد ثابت
من أجل دراسة تأثير تركيز Cl على فيلم التخميل السطحي من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 تحت ضغط الشد ، تم تصميم إعداد اختبار كهروكيميائي في الموقع تحت إجهاد ثابت. تم تصميم جهاز الاختبار الكهروكيميائي في الموقع تحت إجهاد ثابت ، انظر الشكل 1. ومن المعروف من الاختبار المسبق أنه عندما تكون السلالة أكبر من 30٪ ، فإن زيادة الإجهاد يكون لها تأثير أقل على إمكانية تمزق فيلم التخميل . لذلك ، تم استخدام سلالة بنسبة 30 ٪ في هذه الدراسة.
كانت عينة الاختبار الكهروكيميائية من نوع الدمبل ، وكان أبعاد جزء التباعد (20 مم × 2 مم × 2 مم). تم استخدام الجهاز المصمم ذاتيًا الموضح في الشكل 1 لتطبيق إجهاد الشد على العينة. تم تطبيق إجهاد الشد على العينة مع تشوه بنسبة 30٪ (بدون تفريغ) باستخدام الجهاز المصمم ذاتيًا الموضح في الشكل 1. تُرك الجزء الأوسط من العينة عارياً لمدة 1 سم² وتم ختم بقية العينة بالسيليكون لاصق المطاط. تم ختم بقية العينة بمادة لاصقة من مطاط السيليكون.
أجريت الاختبارات الكهروكيميائية باستخدام نظام ثلاثي الأقطاب ، مع العينة كقطب الدراسة ، والقطب البلاتيني كقطب كهربائي مساعد ، وقطب كالوميل مشبع كقطب مرجعي. كانت سرعة المسح للقدرة الحركية 20 مللي فولت / دقيقة.
- قطب مرجعي 2. قطب كهربائي يعمل 3. قطب كهربائي مساعد 4. دبوس 5. عينة دمبل 6. برغي 7. محطة عمل كهروكيميائية 8. مطاط السيليكون 9. حل
3 النتائج والمناقشة
3.1 تأثير التغيرات في تركيز الكلور على قابلية التآكل الإجهادي 304 من الفولاذ المقاوم للصدأ
الجدول 1 للعينة في المحلول الذي يحتوي على تركيزات مختلفة من Cl- تم الحصول على بيانات الاختبار من اختبار الشد البطيء. الاستطالة هي نسبة الاستطالة بين علامات العينة والعلامات الأصلية بعد الانسحاب ، واستطالة الشد في الهواء والمحلول δ. و δ. تم قياس الاختبار أن 8.5 مم من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 هي نفس العينة الأصلية. 8. تم قياس الفولاذ المقاوم للصدأ 304 بنسبة 71.44٪. تم استخدام فقدان اللدونة lδ كمعامل توصيف لقابلية المواد للتآكل الإجهادي [13] ، أي
يتم عرض قيم lδ للعينات الممتدة بتركيزات مختلفة من حلول Cl في الجدول 1
يوضح الشكل 2 علاقة lδ بتركيز Cl.
كما يتضح من الشكل ، عندما يكون تركيز الكلور أقل من 90 مجم / لتر ، مع زيادة تركيز الكلور ، تزداد القابلية للتآكل الإجهادي بشكل كبير ؛ عندما يكون تركيز الكلور أكبر من 90 مجم / لتر ، تكون قابلية التأكل الإجهادي أكبر ولكنها تتغير ببطء. يتحول المنحنى عند النقطة g ، لذا فإن هذه النقطة هي حساسية تآكل الإجهاد مع تركيز Cl لنقطة الطفرة ، أي يحدث تركيز Cl الحرج لتآكل الإجهاد.
يوضح الشكل 3 مورفولوجيا SEM لكسر 304 الفولاذ المقاوم للصدأ بعد التمدد البطيء في Cl- تركيزات 60 مجم / لتر ، 90 مجم / لتر ، 300 مجم / لتر ، و 900 مجم / لتر الحلول.
كما يتضح من الشكل 3 ، عندما يكون تركيز الكلور 60 مجم / لتر ، يوجد عدد كبير من الأعشاش الصلبة على سطح الكسر ، وهو شكل نموذجي للكسر الصلب ، انظر الشكل 3 (ج) ؛ عندما يكون تركيز الكلور 90 مجم / لتر ، يوجد عدد كبير من الأعشاش الصلبة على سطح الكسر. عندما كان تركيز الكلور 90 ملجم / لتر ، بدأت تظهر شقوق ثانوية صغيرة على سطح الكسر ، ولكن العدد كان صغيرًا جدًا ، انظر الشكل 3 (ب) ؛ عندما كان تركيز الكلور 300 مجم / لتر ، زاد حجم وعدد الشقوق الثانوية على سطح الكسر بشكل ملحوظ مقارنة بالشكل 3 (ب) ، انظر الشكل 3 (ج) ؛ عندما كان تركيز الكلور 900 مجم / لتر ، زاد حجم وعدد الشقوق الثانوية على سطح الكسر بشكل ملحوظ مقارنة بالشكل 3 (ج) ؛ وعندما كان تركيز الكلور 900 مجم / لتر ، زاد حجم وعدد الشقوق الثانوية على سطح الكسر بشكل ملحوظ. عندما كان تركيز الكلور 900 مجم / لتر ، زاد عدد الشقوق الثانوية على سطح الكسر مقارنة بالشكل 3 (ج). زاد عدد الشقوق الثانوية على سطح الكسر بتركيز Cl- 900 مجم / لتر مقارنة مع ذلك في الشكل 3 (ج) ، لكن التغيير في حجم الشق لم يكن مهمًا ، انظر الشكل 3 (د).
من الشكل 2 والشكل 3 ، يمكن ملاحظة أن 90 مجم / لتر هي نقطة الطفرة في حساسية تآكل الإجهاد مع تغيير تركيز الكلور ، أي 90 مجم / لتر هو تركيز الكلور الحرج لحدوث تآكل الإجهاد تحت ظروف الاختبار. عندما يكون تركيز الكلور أكبر من أو يساوي هذه القيمة ، ستظهر شقوق ثانوية على سطح الكسر ، وسيحدث تآكل إجهاد ؛ عندما يكون تركيز الكلور أقل من 90 مجم / لتر ، فلا توجد شقوق ثانوية على سطح الكسر ، وتكون حساسية التآكل الإجهادي صغيرة.
3.2 تأثير تركيز الكلور على جهد التمزق لفيلم التخميل من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 تحت إجهاد الشد
يوضح الشكل 4 منحنيات الاستقطاب الأنوديك للعينات مع إجهاد 30٪ بتركيزات مختلفة من محلول Cl. كثافة تيار التآكل صغيرة جدًا في منطقة التخميل ، حوالي 2 ميكرومتر / سم 304 (معروفة من البيانات التجريبية) ، ويظهر فيلم التخميل حماية جيدة. عندما تتجاوز الإمكانات إمكانات تمزق فيلم التخميل ، تزداد كثافة تيار التآكل بسرعة ، وتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ 10 بشدة. لذلك ، فإن إمكانية تمزق فيلم التخميل هي معلمة مهمة جدًا يمكن استخدامها لتقييم ثبات فيلم التخميل في المحلول. كلما كانت إمكانية التمزق أكثر إيجابية ، كلما كان فيلم التخميل أكثر استقرارًا ؛ كلما كانت احتمالية التمزق أكثر سلبية ، كلما كان فيلم التخميل أقل استقرارًا. كثافة تيار التآكل 14 μA / سم 4 عندما تمزق الإمكانات المقابلة لفيلم التخميل المحتمل Eb [XNUMX] ، أي ، الشكل XNUMX ، إمكانات كل منحنى عند المنعطف.
كما يتضح من الشكل 4 ، مع زيادة تركيز الكلور في المحلول ، يصبح عرض منطقة التخميل من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 أضيق ، وتصبح إمكانية تمزق فيلم التخميل سالبة. تصبح الإمكانية سلبية. يظهر أن تركيز الكلور له تأثير كبير على تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ 304 تحت ضغط الشد.
يوضح الشكل 5 إمكانات التمزق لفيلم التخميل من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 بتركيزات مختلفة من محلول Cl مقابل تركيز Cl. في تركيز الكلور منخفض ، يتمزق غشاء التخميل المحتمل E. مع زيادة تركيز الكلور ، التحول السلبي السريع ، والعلاقة الخطية ؛ عندما يكون تركيز Cl كبيرًا ، يتمزق غشاء التخميل المحتمل E ، مع زيادة تركيز Cl- تحول سلبي ببطء ، وكذلك علاقة خطية ، يتقاطع الخطان المستقيمان عند النقطة F (98 مجم / لتر ، 266 يتقاطع الخطان عند النقطة F (98 مجم / لتر ، 266 مللي فولت) أي عندما يكون تركيز الكلور أكبر من 100 مجم / لتر ، يكون احتمال تمزق غشاء التخميل أكثر سلبية ، والتغير ليس كبيرًا ، مما يشير إلى أن تم إتلاف غشاء التخميل ، مما أدى إلى زيادة تركيز Cl- ، كان التأثير ضئيلًا ؛ عندما يكون تركيز Cl أقل من 100mg / L ، مع انخفاض تركيز Cl- ، يتم إزاحة إمكانات التمزق بشكل إيجابي بسرعة ، وهذا هو غشاء التخميل الذي يحمي من الزيادة السريعة ولذلك يمكن اعتباره يتحمل 30٪ من إجهاد الشد من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 في أقل من 100 ملجم / لتر من محلول الكلور لديه مقاومة أفضل للتآكل الإجهادي. وهذا يتوافق مع تركيز الكلور الحرج الذي يؤدي إلى تمزق تآكل إجهاد من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 متسقًا.
تمت دراسة آلية تمزق التآكل الناتج عن الإجهاد الذي يلعب فيه الانحلال الانوديك دورًا تحكميًا على نطاق واسع ، ولكنها مثيرة للجدل. اقترح الكثيرون أن عملية التآكل تعزز اللدونة الموضعية. أن عملية التآكل تعزز التشوه الموضعي للبلاستيك مما يؤدي إلى تمزق المواد بسبب التآكل الإجهادي [15-18]. في هذا البحث ، استخلصنا النتائج التي أدت إلى تمزق فيلم التخميل. الاتفاق بين تركيز Cl الذي يؤدي إلى الطفرة المحتملة وتركيز الكلور الحرج لحدوث تمزق التآكل الإجهادي في هذه الورقة يشير إلى أن تمزق يلعب فيلم التخميل دورًا مهمًا في تآكل الفولاذ المقاوم للصدأ 304. يلعب الفولاذ دورًا مهمًا في تآكل الإجهاد. بعد تمزق الفيلم ، ينتج عن انحلال الأنوديك الموضعي تكوين هياكل ضعيفة مثل تأليب التآكل. 1191 يشكل التآكل الناتج عن الإجهاد نوى في المناطق الضعيفة. نوى تآكل الإجهاد ويتوسع في المنطقة الضعيفة.
4 الخاتمة
(1) التركيز الحرج للتآكل الإجهادي من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 في محلول محايد عند 60 ℃ حوالي 90 مجم / لتر. تركيز الكلور من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 في محلول محايد عند 60 حوالي 90 مجم / لتر.
(2) يمكن أن تقيس طريقة الاختبار الكهروكيميائي المستمر في الموقع بسرعة التغير المفاجئ في تركيز الكلور الذي يؤدي إلى إمكانية تمزق الغشاء ، وبالتالي يمكننا الحكم الأولي على إمكانية تمزق تآكل إجهاد من الفولاذ المقاوم للصدأ 304.
مراجع حسابات
[1] أسامة محمد اليوسف ، روكورو نيشيمورا. سلوك التكسير الناتج عن التآكل الأوستنيتي في غليان محاليل كلوريد المغنيسيوم [J]. علم التآكل
2007 ، 49: 3040-3051.
[2] كاتسومي ياماموتو ، كيزو هوسويا. تآكل Br - و C1 - على الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين [J]. علوم وهندسة المواد ، 1995 ، 1 98: 239-243.
[3] 苟 晓东 ， 黄 种 买 ， 虞启义 ， 等 ， 城市 二级 污水 回 用作 电厂 循环 冷却 水 铜管 腐蚀 研究 [J] ، 化工 进展 ，
2004 ، 23 (3): 304-306.
[4] ماسايوكي كامايا ، تاكومي هارونا. تأثير الضغط المحلي على سلوك البدء
تكسير التآكل الإجهادي للفولاذ المقاوم للصدأ 304 المتحسس [J]. علم التآكل ، 2007 ، 49 (8): 3303-3324.
[5] أسامة محمد اليوسف ، روكورو نيشيمورا. تأثير درجة حرارة الاختبار على سلوك الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ في غليان محلول كلوريد المغنيسيوم المشبع [J]. علم التآكل ، 2006 ، 48 (1 2): 4283-4293.
[6] مونيكا جوميز دوران ، ديجبي د. ماكدونالد ، تكسير بسبب التآكل الإجهادي من النوع الحساس 304 المقاوم للصدأ في محلول ثيوسلفات (II). ديناميات الكسر [J]. علم التآكل ، 2006 ، 48 (7): 1-608.
[7] روكورو نيشيمورا. توصيف ومنظور تكسير التآكل الإجهادي لـ
الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ (النوع 304 والنوع 316) في المحاليل الحمضية باستخدام الحمل الثابت
طريقة [J]. علم التآكل ، 2007 ، 49 (1): 81-91.
[8] روكورو نيشيمورا ، ياسواكي مايدا ، تكسير بسبب التآكل الإجهادي من النوع 304 الأوستنيتي
الفولاذ المقاوم للصدأ في محلول حامض الكبريتيك بما في ذلك كلوريد الصوديوم والكرومات [J]. علم التآكل ، 2004 ، 46 (2): 343-360.
[9] روكورو نيشيمورا. تأثير أيونات الكلوريد على تكسير الإجهاد من نوع 304
ونوع 316 من الفولاذ الأوستنيتي غير القابل للصدأ في محلول حامض الكبريتيك [J]. علم التآكل ، 1993 ، 34 (11): 1859-1868.
